Способ запуска стационарного плазменного двигателя



Способ запуска стационарного плазменного двигателя
Способ запуска стационарного плазменного двигателя
Способ запуска стационарного плазменного двигателя
Способ запуска стационарного плазменного двигателя
Способ запуска стационарного плазменного двигателя
Способ запуска стационарного плазменного двигателя
Способ запуска стационарного плазменного двигателя
Способ запуска стационарного плазменного двигателя
Способ запуска стационарного плазменного двигателя
Способ запуска стационарного плазменного двигателя
Способ запуска стационарного плазменного двигателя

 


Владельцы патента RU 2572471:

Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" (RU)

Изобретение относится к энергетике. Способ запуска стационарного плазменного двигателя, при котором подачу напряжения разряда на катод и анод двигателя выполняют не до подачи поджигных импульсов, а после завершения нагрева катода, открытия клапанов двигателя и подачи поджигных импульсов. При этом достигается уменьшение, вплоть до полного устранения, броска тока в разрядной цепи двигателя и, соответственно, на первичной шине питания систем преобразования и управления стационарными плазменными двигателями. Изобретение позволяет снизить нагрузку на функциональные элементы системы электропитания и систем преобразования и управления стационарными плазменными двигателями. 2 табл., 9 ил.

 

Изобретение относится к областям техники, связанным с эксплуатацией стационарных плазменных двигателей (СПД) и систем преобразования и управления ими (СПУ). Областью применения изобретения является эксплуатация СПД и СПУ в составе космических аппаратов (КА).

Запуск стационарного плазменного двигателя (далее - двигателя) в составе КА осуществляются следующим образом. На первичные шины питания СПУ от системы электропитания (СЭП) КА подается питание. На вход пневматической магистрали каждого двигателя подается ксенон с заданным давлением. В СПУ выдается последовательность команд управления. СПУ коммутирует источники питания к нагрузкам двигателя, преобразует напряжение первичного питания в напряжения, необходимые для работы элементов двигателя. Поступающий в рабочий канал двигателя ксенон ионизируется и ускоряется электрическим полем. В результате двигатель создает тягу, сообщающую КА требуемое ускорение.

Способ запуска двигателя (последовательность команд), выбранный прототипом, приведен в документации ОАО «ИСС» (ИДЛФ СК Исходные данные на логику функционирования подсистемы коррекции). Способ рассмотрен на примере совместной работы системы СПУ-2ЭА и блока коррекции на основе стационарного плазменного двигателя СПД-100В.

Типовая циклограмма запуска двигателя по способу-прототипу представлена в таблице 1.

На этапе подготовки двигателя к запуску выполняют:

- коммутацию источника питания анода (ИПА);

- подключение необходимых цепей соответствующего двигателя к

- источникам питания;

- подачу напряжения от ИПА к электродам двигателя;

- подачу тока накала на катод двигателя;

- открытие клапанов, подающих рабочее тело в двигатель.

Запуск двигателя выполняют путем подачи на поджигающий электрод двигателя импульсов поджига по соответствующей команде. После возникновения тока разряда СПУ автоматически отключает подачу тока накала на выбранный катод выбранного двигателя, отключает подачу поджигающих импульсов.

Физически запуск двигателя по способу-прототипу происходит следующим образом. На этапе подготовки, после приведения коммутаторов СПУ в рабочее состояние, на катод и анод двигателя подается напряжение разряда. Подачей тока накала обеспечивается прогрев катода и эмиссия электронов. После открытия клапанов двигателя рабочее тело поступает в канал двигателя. Импульсы, поданные на поджигной электрод, инициируют разряд между катодом и анодом двигателя. Разрядный ток достигает номинальной величины. Двигатель запускается.

Недостатками способа, выбранного прототипом, являются:

1) Наличие участка холостого хода источника питания анода до запуска двигателя, при котором напряжение разряда повышено на (15-17)% относительно номинального, что повышает на этом участке риск электрических пробоев.

2) Бросок тока при запуске вследствие залповой ионизации газа в канале двигателя. Это вынуждает проектировать силовые цепи СПУ с запасом на перегрузку, порождает переходные процессы по току и напряжению на первичных шинах питания. Данная проблема будет обостряться при переходе к использованию более мощных двигателей, так как амплитуда и длительность переходных процессов при запуске двигателя увеличатся, вследствие чего качество электропитания КА может ухудшиться.

3) Наличие броска тока на выходной шине СЭП снижает стабильность работы подсистем КА, подключенных к данной шине совместно с СПУ. Кроме этого в зависимости от величины броска тока могут повышаться требования к конструкции фильтра на выходной шине СЭП, что в свою очередь приведет к увеличению его массы.

Осциллограмма переходного процесса по напряжению и току на первичной шине питания СПУ при запуске двигателя по способу-прототипу приведена на фиг.1. Из рисунка видно, что амплитуда броска тока достигает 33А при номинальном токе 16А, напряжение «проседает» на 0.5 В. Графики тока и напряжения разряда двигателя, зарегистрированных на момент измерения переходных процессов в разрядной цепи при запуске двигателя, приведены на фиг.2 и фиг.3 соответственно. Из фиг.3 видно, что напряжение холостого хода составляет 325В при номинальном напряжении 300 В.

Из графика фиг.2, видно, что ток разряда в первый момент после запуска достигает величины 4.9А (при номинальном токе 4.5А).

Для справки приведен еще один пример, иллюстрирующий запуск двигателя по способу-прототипу. Осциллограмма переходного процесса по напряжению и току на первичной шине питания СПУ при запуске двигателя по способу-прототипу приведена на фиг. 4. Графики тока и напряжения разряда двигателя, зарегистрированных на момент измерения переходных процессов в разрядной цепи при запуске двигателя, приведены на фиг. 5 и фиг. 6.

Целью данного изобретения является снижение нагрузки на функциональные элементы СЭП и СПУ.

Эта цель достигается тем, что подачу напряжения разряда на катод и анод двигателя выполняют не до подачи поджигных импульсов, а после завершения нагрева катода, открытия клапанов двигателя и подачи поджигных импульсов.

Предлагаемый способ «мягкого» запуска заключается в изменении последовательности команд в циклограмме включения двигателя. Суть изобретения поясняется таблицей 2.

Запуск двигателя в отличие от способа-прототипа выполняется не по команде «Поджиг», а по команде на подачу напряжения от источника питания анода к двигателю. Для этого команда «Включение источника питания анода» перенесена в циклограмме из этапа подготовки двигателя к запуску на этап запуска двигателя. То есть напряжение разряда подается после завершения подготовки двигателя к запуску - катод двигателя разогрет, клапаны двигателя открыты, импульсы поджига поданы. Обеспечены условия для запуска двигателя. Разряд между катодом и анодом в данном случае инициируется непосредственно подачей рабочего напряжения. Дальнейшие операции по работе и отключению двигателя выполняются в соответствии со способом-прототипом. Так как при запуске источника питания анода рост выходного напряжения происходит не мгновенно, а занимает некоторое время, условия для запуска двигателя уже созданы, разрядный ток возникает и начинает рост уже при напряжении порядка 150В. Вследствие этого напряжение разряда не достигает холостого хода, так как источник питания анода сразу получает нагрузку. Стартовое значение напряжения (при котором появляется ток разряда) фактически составляет около половины номинального. Ток в соответствии с законом Ома тоже меньше номинального. Дальнейший процесс увеличения разрядного напряжения и тока происходит плавно, стартовый бросок тока отсутствует.

Технический результат достигается за счет изменения характера переходного процесса при запуске двигателя, а именно: уменьшения (вплоть до полного устранения) броска тока в разрядной цепи двигателя и, соответственно, на первичной шине питания СПУ.

ОАО «ИСС» располагает экспериментальными данными, полученными при проведении огневых испытаний СПУ и двигателей типа СПД-100 В. Полученные данные полностью подтверждают эффективность предлагаемого способа запуска двигателей в части сглаживания переходных процессов, а именно: снижения амплитуды пускового броска тока и увеличения его длительности.

Осциллограмма переходного процесса на первичной шине питания СПУ при запуске двигателя по предлагаемому способу приведена на фиг.7. Графики тока и напряжения разряда, зарегистрированных на момент измерения переходных процессов в разрядной цепи при запуске двигателя по предлагаемому способу, приведены на фиг.8 и фиг.9 соответственно.

На осциллограмме фиг.7 показаны переходные процессы по пусковому напряжению (верхний график) и пусковому току на первичной шине питания СПУ при запуске двигателя. Из осциллограммы следует, что пусковой бросок тока (превышение над установившимся значением) составляет не более 2А, установившееся в начальный момент значение составляет около 7.5А, что примерно в два раза меньше номинального значения (около 15А). На осциллограмме напряжения видно, что после запуска двигателя начинаются пульсации, характерные для начального периода запуска и работы двигателя, при этом провал напряжения при запуске двигателя определить затруднительно.

Из графика фиг.8, видно, что ток разряда после запуска двигателя стабилен. На графике напряжения разряда на фиг.9 в отличие от графика на фиг.3 холостой ход отсутствует.

Предлагаемая по заявляемому способу последовательность действий позволяет выполнять запуск в наиболее оптимальном режиме в части сглаживания переходного процесса в разрядной цепи двигателя и на первичной шине питания СПУ.

Заявляемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает наиболее благоприятные условия эксплуатации функциональных элементов СЭП, СПУ и двигателей, что, в конечном счете, ведет к повышению эксплуатационных характеристик КА в целом.

Заявляемое изобретение может быть использовано в космической технике при эксплуатации СПУ и плазменных двигателей в составе космического аппарата.

Способ запуска стационарного плазменного двигателя, заключающийся в выполнении этапов подготовки двигателя к запуску, отличающийся тем, что подачу напряжения разряда на катод и анод двигателя выполняют не до подачи поджигных импульсов, а после завершения нагрева катода, открытия клапанов двигателя и подачи поджигных импульсов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ракетных двигателей, в частности к ракетным двигателям с центральным телом с вихревым процессом горения, и может быть использовано в ракетно-космической технике.

Изобретение относится к двигательным установкам (ДУ) малой тяги для коррекции орбит космических аппаратов (КА). ДУ содержит размещенные друг над другом ускорители плазмы (УП) с ускоряющими электродами: катодом (3) и анодом (4), а также узлами подачи рабочего тела: шашек (7), снабженных пружинными толкателями (8).

Способ создания электрореактивной тяги может быть применен в электрореактивных двигателях и источниках электроэнергии для аэрокосмических транспортных средств и аппаратов.

Изобретение относится к области электроракетных двигателей. В крупногабаритном ионном двигателе, содержащем заключенную в корпус газоразрядную камеру, включающую узел подачи рабочего тела, ионно-оптическую систему, состоящую из плазменного и ускоряющего электродов, закрепленных на наружной стенке корпуса и изолированных от него и друг от друга, и катод-нейтрализатор, закрепленный на корпусе, вдоль центральной оси корпус имеет внутреннюю стенку, образующую сквозное отверстие, в котором установлен катод-нейтрализатор.

Изобретение относится к реактивному двигателю (1) на основе эффекта Холла. Двигатель содержит разрядный канал (50) с открытым, нижним по потоку концом (52), катод (100), расположенный снаружи разрядного канала (50), инжекционную систему (30) для инжекции атомов газа в разрядный канал (50), которая расположена на верхнем по потоку конце разрядного канала (50) и которая формирует анод, и нагреватель (60) для нагрева катода (100).

Изобретение относится к средствам управления электрическими ракетными двигателями с индукционным возбуждением разряда в газоразрядной камере. Устройство генерации ВЧ энергии содержит микроконтроллер (8), усилитель мощности (3) и источник (6) электропитания усилителя мощности.

Изобретение находит использование в спутнике. Электроракетная двигательная установка содержит, по меньшей мере, один электродвигатель (10), систему питания двигателя (10), содержащую резервуар (1) высокого давления для ионизируемого газа, буферный резервуар (2) низкого давления, связанный с резервуаром (1) высокого давления с помощью клапана (5, 6), и систему трубопроводов для передачи газа от буферного резервуара (2) низкого давления к аноду (26) и катоду (40) двигателя.

Предлагаемое изобретение относится к области электроракетных двигателей, в частности к системам хранения и подачи в них рабочего тела (иода). В системе хранения и подачи иода, содержащей снабженную нагревателем цилиндрическую емкость с иодом, которая сообщена с электроракетным двигателем трубопроводом с клапаном, на днище внутри цилиндрической емкости со стороны трубопровода установлена пористая шайба, контактирующая с кристаллическим иодом, причем цилиндрическая емкость со стороны, противоположной трубопроводу, содержит фланец и подпружиненный относительно него поршень, контактирующий с другой стороны с кристаллическим иодом, при этом нагреватель снабжен электрической изоляцией, контактирующей снаружи с днищем емкости со стороны трубопровода.

Изобретение относится к плазменному реактивному двигателю на основе эффекта Холла. Двигатель содержит окружающий основную ось кольцевой выпускной канал, который имеет открытый нижний по потоку конец и ограничен внутренней стенкой и наружной стенкой, катод, магнитный контур для создания магнитного поля в канале, трубопровод для подачи способного к ионизации газа в канал.

Предлагаемое изобретение относится к области электроракетных двигателей. В двигателе с замкнутым дрейфом электронов, содержащем электромагнит, магнитопровод с полюсами, анод и катод-нейтрализатор, жестко связанные с магнитопроводом, и расположенную внутри него кольцевую разрядную камеру, закрепленную на фланце, подпружиненном относительно магнитопровода, фланец с закрепленной на нем кольцевой разрядной камерой соединен со стержнем, другой конец которого прикреплен к магнитопроводу, причем стержень выполнен из материала, обладающего скоростью ползучести, равной линейной скорости эрозии стенок разрядной камеры.

Изобретение относится к космической технике, к классу электрореактивных двигателей. Двигатель содержит автономный источник низкотемпературной плазмы, систему улавливания нейтральных частиц и регенерации ионов, разделитель потоков электронов и ионов, плазменный ускоритель. Плазменный ускоритель представляет собой асинхронный циклотрон, разделенный вдоль на дуанты двумя соосными парами параллельных сеток с зазорами, создающими однородные, равные и постоянные ускоряющие электрические поля взаимно противоположного направления векторов напряженности, имеющий выходные газовые каналы плазменного ускорителя - основные переходники-ферромагнетики с соленоидами; выходные прямые газовые диэлектрические каналы двигателя, соединенные с основными переходниками через пропускные электроклапаны, а между собой - переходниками-ферромагнетиками с соленоидами. Магнитное поле внутри плазменного ускорителя создается группой соленоидов, размещенных внутри цилиндрического ферромагнетика, частью своей являющегося цилиндрической стенкой плазменного ускорителя. Техническим результатом изобретения является увеличение удельного импульса тяги с сохранением и возможным уменьшением массогабаритных характеристик двигательных установок при относительно невысокой мощности энергопотребления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к высокочастотным ионным двигателям (ВЧИД) с индукционным возбуждением разряда в газоразрядной камере. Газоразрядный узел ВЧИД включает в свой состав газоразрядную камеру (1), выполненную из электротехнического корунда. Камера (1) содержит участок в форме сегмента сферы, расположенный со стороны патрубка (2) подачи рабочего газа, и сопряженный с ним участок цилиндрической формы, расположенный со стороны крепления электродов ионно-оптической системы (3). Индуктор (4) выполнен в виде спирали, охватывающей внешнюю поверхность камеры. Спираль индуктора образована медной трубкой. Трубчатые токоподводы (5 и 6) спирали индуктора соединены с ВЧ генератором. На внешней поверхности камеры выполнены четыре выступа (7), симметрично расположенные относительно оси симметрии камеры. На поверхность выступов (7) нанесено металлизационное покрытие. Витки спирали индуктора (4) соединены с внешней поверхностью камеры методом пайки в точках контакта с металлизированными поверхностями выступов (7). Эмиссионный и ускоряющий перфорированные электроды (8 и 9) изготовлены из сплава молибдена и соединены с металлизированными контактными поверхностями камеры (1) и промежуточных изоляторов (11 и 12) методом пайки. Технический результат заключается в повышении надежности и ресурса ВЧИД, при этом уменьшаются габаритные размеры и масса газоразрядного узла и ВЧИД в целом. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электроракетных двигательных установок с электромагнитным ускорением плазмы. Электроракетная двигательная установка содержит энергетическую установку, систему хранения и подачи рабочего тела и электроракетный двигатель. Электроракетный двигатель содержит соосно установленные катод, сопло-анод и соленоид, размещенный снаружи сопла-анода. Энергетическая установка и соленоид соединены через тоководы с электродвигателем-генератором. На валу электродвигателя-генератора соосно закреплены маховик и электроракетный двигатель. Электроракетный двигатель связан с системой хранения и подачи рабочего тела через изолирующую проставку и канал, выполненный внутри вала электродвигателя-генератора. Техническим результатом изобретения является снижение массы энергетической установки и повышение тяги электроракетной двигательной установки. 1 ил.
Наверх